(57)【要約】      （修正有）【課題】可変容量型のスクロール膨張機において、要求される背圧を低減して効率を向上させることができるものを提供する。【解決手段】膨張室４０ａおよび４０ｂには、それぞれサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂが設けられる。サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂには、それぞれ対応するサブポート弁が設けられる。ＥＣＵは、吸入容積を増加させる場合には、吸入容積が小さい膨張室のサブポート弁を開いて吸入容積を拡大し、吸入容積を減少させる場合には吸入容積が大きい膨張室のサブポート弁を閉じて吸入容積を縮小する。【選択図】図４
2013117207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの膨張室と、
２つの前記膨張室に共通して設けられるメイン吸入ポートと、
いずれかの前記膨張室に設けられる、少なくとも１つのサブ吸入ポートと、
前記サブ吸入ポートを開閉するサブポート弁と
を備え、前記サブポート弁が開閉することにより、対応する前記膨張室の吸入容積を変更するスクロール膨張機において、
少なくとも１回の前記サブポート弁の開閉動作において、
前記サブポート弁を開く場合に、２つの前記膨張室のうち、前記開閉動作直前において吸入容積が小さい方に設けられたサブポート弁を開き、
前記サブポート弁を閉じる場合に、２つの前記膨張室のうち、前記開閉動作直前において吸入容積が大きい方に設けられたサブポート弁を閉じる
スクロール膨張機。
【請求項２】
前記サブポート弁がすべて閉じた状態において、２つの前記膨張室は互いに異なる吸入容積を有する、請求項１に記載のスクロール膨張機。
【請求項３】
前記サブポート弁の開閉状態に関わらず、２つの前記膨張室は互いに異なる吸入容積を有する、請求項１または２に記載のスクロール膨張機。
【請求項４】
すべての前記サブポート弁の開閉動作において、
前記サブポート弁を開く場合には、２つの前記膨張室のうち、前記開閉動作直前において吸入容積が小さい方に設けられたサブポート弁を開き、
前記サブポート弁を閉じる場合には、２つの前記膨張室のうち、前記開閉動作直前において吸入容積が大きい方に設けられたサブポート弁を閉じる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクロール膨張機。
【請求項５】
２つの前記膨張室は、それぞれ少なくとも１つの前記サブ吸入ポートを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクロール膨張機。
【請求項６】
２つの前記膨張室は、それぞれ複数の前記サブ吸入ポートを備える、請求項５に記載のスクロール膨張機。
【請求項７】
前記サブポート弁がすべて閉じた状態において、２つの前記膨張室は互いに等しい膨張比を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクロール膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変容量型のスクロール膨張機に関し、とくに２つの膨張室の吸入容積が異なるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール膨張機は、ランキンサイクル等において冷媒を膨張させるために用いられ、吸入ポートから冷媒を吸入し、これを膨張室で膨張させて吐出ポートから吐出する。可変容量型のものは、吸入ポートとして、メイン吸入ポートの他にサブ吸入ポートを備え、サブ吸入ポートを開閉することによって容量を変更する。複数のサブ吸入ポートを備え、容量を多段階に変更するスクロール膨張機の例は、特許文献１に記載される。また、複数のバイパスポートを開閉することによって容量を変更するスクロール圧縮機の例が、特許文献２、３に記載される。
【０００３】
また、スクロール膨張機において、吸入容積に対する吐出容積の比（容積比）は、膨張室ごとに設計可能である。吐出ポート周辺のデッドスペースを減少させる等の目的で、２つの膨張室の吐出容積を互いに異ならせる場合があるが、このような場合にそれぞれの吐出容積に合わせて吸入容積を決定することにより、容積比を同一に維持することができる。このような構成の例は、スクロール圧縮機に関するものであるが、特許文献４に記載される。
【０００４】
なお、スクロール膨張機の動作時には、膨張室内の流体がその圧力により可動スクロールを引き剥がす方向に作用する。そのため膨張室内の流体を適切に膨張させるためには可動スクロールの反膨張室側から適切な大きさの背圧を与える必要がある。ここで適正な背圧は膨張室内の圧力分布によって定まる等価荷重と荷重点によって決定する。特に荷重点が固定スクロール中心から離れた場合には可動スクロールを引き剥がすモーメントが大きくなるために荷重点が固定スクロール中心にある場合に比べ大きな背圧を必要とする。そのため２つの膨張室の吸入容積が異なる状態では、吸入容積の比であるアンバランス度が適正な背圧の指標として重要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０３８６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１０５９９４号公報
【特許文献３】特開昭６２−２９１４９１号公報
【特許文献４】特開２０００−４５９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のスクロール膨張機で、膨張室の容積を可変とし、かつ２つの膨張室の容積比を異ならせた構成において、アンバランス度について特段の配慮をしていない。このため、背圧の設計圧力が必ずしも最適とはならず、結果としてより大きな背圧が要求され膨張機全体の効率が悪化するという問題があった。
【０００７】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、要求される背圧を低減して膨張機の効率を向上させることができるスクロール膨張機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題点を解決するため、この発明に係るスクロール膨張機は、２つの膨張室と、２つの膨張室に共通して設けられるメイン吸入ポートと、いずれかの膨張室に設けられる、少なくとも１つのサブ吸入ポートと、サブ吸入ポートを開閉するサブポート弁とを備え、サブポート弁が開閉することにより、対応する膨張室の吸入容積を変更するスクロール膨張機において、
少なくとも１回のサブポート弁の開閉動作において、
サブポート弁を開く場合に、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が小さい方に設けられたサブポート弁を開き、
サブポート弁を閉じる場合に、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が大きい方に設けられたサブポート弁を閉じる。
【０００９】
このような構成によれば、吸入容積を増加させる場合には吸入容積が小さい膨張室を拡大し、吸入容積を減少させる場合には吸入容積が大きい膨張室を縮小する。
【００１０】
サブポート弁がすべて閉じた状態において、２つの膨張室は互いに異なる吸入容積を有してもよい。
サブポート弁の開閉状態に関わらず、２つの膨張室は互いに異なる吸入容積を有してもよい。
すべてのサブポート弁の開閉動作において、
サブポート弁を開く場合には、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が小さい方に設けられたサブポート弁を開き、
サブポート弁を閉じる場合には、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が大きい方に設けられたサブポート弁を閉じてもよい。
２つの膨張室は、それぞれ少なくとも１つのサブ吸入ポートを備えてもよい。
２つの膨張室は、それぞれ複数のサブ吸入ポートを備えてもよい。
サブポート弁がすべて閉じた状態において、２つの膨張室は互いに等しい膨張比を有してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るスクロール型膨張機によれば、２つの膨張室における吸入容積のアンバランス度を比較的小さく維持し、要求される背圧を低減して膨張機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る膨張機を含むランキンサイクルの構成を示す図である。
【図２】図１の膨張機の構成を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
【図４】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図において、可動スクロールが図３とは異なる位置にある状態を示した図である。
【図５】各膨張室の吸入容積と、各サブポート弁の開閉動作とに関する制御の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る膨張機１００を含むランキンサイクルＲの構成を示す。ランキンサイクルＲはたとえば車両に搭載される。膨張機１００はスクロール式の容量可変型膨張機であり、ランキンサイクルＲに流通する冷媒を吸入し、膨張して吐出する。
【００１４】
ランキンサイクルＲは、ポンプ１、ボイラー２、膨張機１００、コンデンサ３をこの順に環状に接続する循環路を形成しており、作動流体としての冷媒が流通するようになっている。
ポンプ１は、モータ４によって駆動され、液体の冷媒をボイラー２に圧送する。ボイラー２は、ポンプ１によって送られた冷媒と、車両のエンジン５の排気系統６の排気ガスとを内部で互いに熱交換させ、冷媒を加熱する。
【００１５】
膨張機１００は、その内部で、ボイラー２で加熱された後の高温高圧の冷媒を膨張させ、これによって回転駆動力を取り出す。この回転駆動力は、動力伝達機構７を介してエンジン５に伝達され、エンジン５の回転駆動力を補助する。動力伝達機構７はたとえばプーリおよびベルトによって構成される。コンデンサ３は、膨張機１００から吐出された冷媒を内部に流通させてコンデンサ３の周囲の空気と熱交換させ、冷媒を冷却・凝縮させる。そして、ポンプ１は、凝縮した液体の冷媒を再び圧送し、ランキンサイクルＲを循環させる。
【００１６】
図２は膨張機１００の構成を示す。膨張機１００は、膨張部１０１と、発電部１０２とを含んでいる。
膨張機１００は、膨張部１０１の筐体を構成する膨張部ハウジング１０と、発電部１０２の筐体を構成する発電部ハウジング２０とを有している。膨張部ハウジング１０は、第一膨張部ハウジング１０ａおよび第二膨張部ハウジング１０ｂからなる。第二膨張部ハウジング１０ｂの両側に、第一膨張部ハウジング１０ａおよび発電部ハウジング２０が連結されている。
【００１７】
膨張部１０１は、第一膨張部ハウジング１０ａの内部に固定スクロール１１を有している。固定スクロール１１は、第一膨張部ハウジング１０ａに固定されている。また、固定スクロール１１は、板状の基板１１ａと渦巻壁１１ｂとによって形成されている。渦巻壁１１ｂは基板１１ａ上に渦巻き状に形成され、基板１１ａから第二膨張部ハウジング１０ｂに向かう方向に突出する。
【００１８】
また、膨張部１０１は、第二膨張部ハウジング１０ｂの内部から第一膨張部ハウジング１０ａの内部にわたって、固定スクロール１１と対向するように、可動スクロール１２を有している。可動スクロール１２は、固定スクロール１１に対して第二膨張部ハウジング１０ｂ側に配置されており、固定スクロール１１の基板１１ａと略平行に配置される基板１２ａと、渦巻壁１２ｂとによって形成されている。渦巻壁１２ｂは基板１２ａ上に渦巻き状に形成され、基板１２ａから固定スクロール１１の基板１１ａに向かって突出する。また、可動スクロール１２では、基板１２ａから渦巻壁１２ｂと反対側に、筒状のシャフト支持部１２ｄが突出して形成されている。
【００１９】
そして、可動スクロール１２は、その渦巻壁１２ｂが固定スクロール１１の渦巻壁１１ｂ同士の間にはまりこむようにして、配置されている。可動スクロール１２の渦巻壁１２ｂは、固定スクロール１１の渦巻壁１１ｂと当接することによって、閉鎖された空間である三日月状の膨張室４０を形成することができる。
【００２０】
また、第一膨張部ハウジング１０ａの内部では、固定スクロール１１に対して可動スクロール１２の反対側に、吸入室１０ｃが形成されている。吸入室１０ｃは、第一膨張部ハウジング１０ａを貫通する吸入通路１０ｄを介して、膨張機１００の外部と連通する。
また、第一膨張部ハウジング１０ａおよび渦巻壁１１ｂには、渦巻壁１１ｂの最も外側の部分と第一膨張部ハウジング１０ａとを貫通して延びる吐出通路１０ｅが形成されている。可動スクロール１２の位置に応じて、膨張室４０と膨張機１００の外部とが吐出通路１０ｅを介して連通する。なお、吐出通路１０ｅは実際には図２の断面には現れない位置にあるが（図３および図４参照）、説明の便宜上この断面を通る位置にあるものとして図示している。
【００２１】
また、膨張部１０１は、可動スクロール１２のシャフト支持部１２ｄ側に、駆動シャフト１３を有している。駆動シャフト１３は、第二膨張部ハウジング１０ｂ内の軸受１４によって回転可能に支持される拡径部１３ｂと、拡径部１３ｂから発電部ハウジング２０側に延びるメインシャフト部１３ａと、拡径部１３ｂから可動スクロール１２のシャフト支持部１２ｄ内に延びる偏心シャフト部１３ｃとを一体に有している。
【００２２】
メインシャフト部１３ａ、拡径部１３ｂおよび偏心シャフト部１３ｃはいずれも略円柱状であり、メインシャフト部１３ａの中心軸と拡径部１３ｂの中心軸とは同一直線上にある。また、偏心シャフト部１３ｃの中心軸は、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸と平行であるが同一直線上にはない位置に配置される。すなわち、偏心シャフト部１３ｃの中心軸は偏心している。また、偏心シャフト部１３ｃは、ブッシュ１５およびその外周の軸受１６を介して、シャフト支持部１２ｄと回転自在に嵌合している。
【００２３】
よって、偏心シャフト部１３ｃは、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸の周りを旋回するように回転することができる。そして、可動スクロール１２は、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂの中心軸の周りを公転運動することによって、偏心シャフト部１３ｃを介して、メインシャフト部１３ａおよび拡径部１３ｂをその中心軸周りに回転させることができる。また、可動スクロール１２が公転運動することによって、膨張室４０がメイン吸入ポート３０と連通して形成され、その後メイン吸入ポート３０から隔絶されて固定スクロール１１の基板１１ａの周縁に移動しつつ、容積を増大させる。
【００２４】
メインシャフト部１３ａの端部は、発電部ハウジング２０に設けられた軸受２０ｂによって回転可能に支持され、さらに発電部ハウジング２０から突出して動力伝達機構７のプーリ（図１参照）に連結されている。また、発電部ハウジング２０の内部において、メインシャフト部１３ａの周りにロータ２１が設けられ、メインシャフト部１３ａと一体に回転するように固定されている。さらに、発電部ハウジング２０の内周面には、ロータ２１を取り囲むようにして、コイル２２ａを有するステータ２２が固定されている。そして、発電部ハウジング２０、メインシャフト部１３ａ、ロータ２１およびステータ２２は、発電部１０２を構成し、発電部１０２は、メインシャフト部１３ａが回転されてロータ２１が回転することによってステータ２２のコイル２２ａに電流を発生することができる。
【００２５】
図３および図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。なお、図３と図４とでは、可動スクロール１２の位置が異なっており、いずれも必ずしも図２における可動スクロール１２の位置とは整合しない。
【００２６】
固定スクロール１１の基板１１ａには、吸入室１０ｃと膨張室４０とを連通する吸入ポートとして、単一のメイン吸入ポート３０と、複数のサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂとが形成されている。メイン吸入ポート３０はたとえば基板１１ａの中央を貫通して設けられる。メイン吸入ポート３０は、少なくとも膨張機１００の膨張動作中は常に開いている。
【００２７】
可動スクロール１２の位置に応じて、少なくとも２つの膨張室４０が固定スクロール１１と可動スクロール１２とによって画定される。これらの膨張室４０の一部は、同一の膨張室が膨張行程において異なる位相にあるものとみなせる。たとえば図３では、サブ吸入ポート３１ａに対応する膨張室４０ａと、サブ吸入ポート３１ｂに対応する膨張室４０ｂとがそれぞれ２つずつ形成されている。なお、メイン吸入ポート３０は双方の膨張室に共通して設けられる。
【００２８】
サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂには、それぞれ対応するサブポート弁（図示せず）が設けられ、これらのサブポート弁が開閉することによりサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂが開閉する。本実施形態では、サブ吸入ポート３１ａを第１のサブ吸入ポートとし、サブ吸入ポート３１ｂを第２のサブ吸入ポートとし、サブ吸入ポート３１ａのサブポート弁を第１のサブポート弁とし、サブ吸入ポート３１ｂのサブポート弁を第２のサブポート弁とする。これらのサブポート弁が開閉することにより、それぞれ対応する膨張室４０ａおよび４０ｂの吸入容積を変更することができる。
【００２９】
サブポート弁はすべてＥＣＵ８（図１）に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて開閉する。なお、サブポート弁の具体的な構成はとくに示さないが、当業者であれば公知技術を用いて適切なサブポート弁を構成することができる。たとえば特許文献１〜３に記載されるようなサブポート弁を用いてもよい。
【００３０】
図３は、膨張室４０ａのうち外側のもの（すなわち膨張行程において最も進行した位相にあるもの）が、吐出開始位相（すなわち膨張行程完了位相）にある状態を示す。図４は、膨張室４０ｂのうち外側のものが吐出開始位相にある状態を示す。固定スクロール１１と可動スクロール１２とでスクロール巻き数が異なるため、吐出開始位相における２つの膨張室の容積（吐出容積）は異なっており、膨張室４０ｂの吐出容積（図４）は膨張室４０ａの吐出容積（図３）よりも大きい。
【００３１】
サブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂが開いている場合には、これらが閉じている場合と比較して各膨張室の吸入行程の完了が遅くなるので、吸入容積がより大きくなる。このように、膨張機１００の吸入容積は、各サブポートに対応するサブポート弁の開閉により可変となる。
【００３２】
次に、図１〜図４を用いて、この発明の実施の形態１に係る膨張機１００およびその周辺の動作を説明する。
図１を参照すると、車両のエンジン５の稼動中、エンジン５から排気系統６に排出された排気ガスは、ボイラー２の内部を流通した後、車両の外部に排出される。このとき、エンジン５の回転駆動力が動力伝達機構７を介して膨張機１００に伝達され、それによって、膨張部１０１および発電部１０２が回転駆動される。
【００３３】
また、エンジン５の稼動中、ポンプ１がモータ４によって駆動される。これによって、ポンプ１は、液体状態の冷媒をボイラー２に向かって圧送する。ポンプ１によって断熱加圧作用を受けた冷媒は、ボイラー２において排気ガスと熱交換を行うことによって等圧加熱されて高温高圧の過熱蒸気となり、膨張機１００に吸入され、断熱膨張して流出する。流出した冷媒は、コンデンサ３に流入し、コンデンサ３では周囲の空気すなわち外気と熱交換を行うことによって等圧冷却されて凝縮し液体状態となって流出する。さらに、コンデンサ３から流出した冷媒は、ポンプ１に吸入されて再度圧送され、ランキンサイクルＲを循環する。
【００３４】
図２をあわせて参照すると、ボイラー２から流出した高温高圧の冷媒は、膨張部１０１の吸入通路１０ｄを通って吸入室１０ｃに流入する。さらに、吸入室１０ｃからメイン吸入ポート３０（および、開いている場合にはサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂ）を通って膨張室４０に流入する。膨張室４０内の冷媒は、その膨張力によって膨張室４０の容積を増大させる方向への回転駆動力を可動スクロール１２に付与し、それにより、膨張室４０は、固定スクロール１１の基板１１ａの中央のメイン吸入ポート３０近傍で形成された後、可動スクロール１２の回転に伴ってその容積を増加させつつ基板１１ａの周縁に向かって移動し、吐出通路１０ｅと連通するようになる。そして、容積を増加させた膨張室４０内で膨張した冷媒は、膨張部１０１の外部に排出される。
【００３５】
このとき、冷媒の膨張力による可動スクロール１２の回転駆動力が、駆動シャフト１３を介して伝達されることで、発電部１０２のロータ２１を回転駆動すると共にエンジン５の回転駆動力を補助する。
ロータ２１が回転することによって、ステータ２２のコイル２２ａに交流電流が発生し、発生した交流電流は、図示しないコンバータで直流電流に変換された後、バッテリ等に充電される。
【００３６】
図５に、膨張室４０ａおよび４０ｂの吸入容積と、各サブポート弁の開閉動作とに関する制御の具体例を示す。ＥＣＵ８は、膨張機１００の吸入容積を、状態１（吸入容積：小）、状態２（吸入容積：中）、状態３（吸入容積：大）の３段階に制御する。図５において、第１の膨張室は膨張室４０ａに対応し、第２の膨張室は膨張室４０ｂに対応する。
【００３７】
なお、メイン吸入ポート３０ならびにサブ吸入ポート３１ａおよび３１ｂの位置および形状は、図５に示す吸入容積を実現するように設計されているものとする。双方の膨張室のサブポート弁が閉じている状態（状態１）において、第１の膨張室４０ａの吸入容積０．９は、第２の膨張室４０ｂの吸入容積１．１よりも小さい。
【００３８】
図５には示さないが、状態１における吸入容積は、それぞれの膨張室の吐出容積に対応して設計されており、膨張室４０ａの膨張比と膨張室４０ｂの膨張比とは互いに等しいものとする。ここで、「等しい」とは、必ずしも厳密に等しい構成に限らず、所定の誤差範囲内であればよい。たとえば膨張比が小さい方を基準として±１０％の誤差範囲内であればよい。具体例として、膨張室４０ａの膨張比が１０．０であり、膨張室４０ｂの膨張比が１１．０であるような場合にも、これらの膨張比は互いに等しいとみなすことができる。
【００３９】
第１のサブポート弁が開き第２のサブポート弁が閉じている状態（状態２）では、第１の膨張室４０ａの吸入容積１．８は、第２の膨張室４０ｂの吸入容積１．１よりも大きく、吸入容積比（アンバランス度）は［１．８／１．１≒１．６］となる。なお、この状態は、第２のサブポート弁を先に開いた状態（本実施形態では実現しない参考状態。アンバランス度２．４）と比較すると、アンバランス度がより低く抑えられている。このため、参考状態と比較すると、より低い背圧でほぼ同程度の吸入容積を実現することができ、膨張機の効率を向上させることができる。
【００４０】
双方のサブポート弁が開いている状態（状態３）では、第１の膨張室４０ａの吸入容積１．８は、第２の膨張室４０ｂの吸入容積２．２よりも小さい。また、状態１と同様に、状態３における吸入容積も、それぞれの膨張室の吐出容積に対応して設計されており、膨張室４０ａの膨張比と膨張室４０ｂの膨張比とは互いに等しいものとする。ここでも、「等しい」とは、必ずしも厳密に等しい構成に限らず、たとえば膨張比が小さい方を基準として±１０％の誤差範囲内であればよい。
【００４１】
ＥＣＵ８は、膨張機１００の運転状態に応じ、適宜膨張機１００の吸入容積を増減させるために各サブポート弁の開閉動作を行う。なお、開閉動作をトリガするための条件については、当業者が適宜決定可能であるので具体的な記載を省略する。
【００４２】
ＥＣＵ８が膨張機１００の吸入容積を増加させる場合、すなわちサブポート弁のいずれかを開く場合には、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が小さい方に設けられたサブポート弁を開く。図５において、状態１では第１の膨張室４０ａのほうが吸入容積が小さいので、状態１から状態２に移行する際には第１のサブポート弁を開く。また、状態２では第２の膨張室４０ｂのほうが吸入容積が小さいので、状態２から状態３に移行する際には第２のサブポート弁を開く。
【００４３】
同様に、ＥＣＵ８が膨張機１００の吸入容積を減少させる場合、すなわちサブポート弁のいずれかを閉じる場合には、２つの膨張室のうち、開閉動作直前において吸入容積が大きい方に設けられたサブポート弁を閉じる。図５において、状態３では第２の膨張室４０ｂのほうが吸入容積が大きいので、状態３から状態２に移行する際には第２のサブポート弁を閉じる。また、状態２では第１の膨張室４０ａのほうが吸入容積が大きいので、状態２から状態１に移行する際には第１のサブポート弁を閉じる。
なお、図５から明らかなように、各サブポート弁の開閉状態に関わらず、膨張室４０ａと膨張室４０ｂとは互いに異なる吸入容積を有する。
【００４４】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る膨張機１００によれば、吸入容積を増加させる場合には吸入容積が小さい膨張室を拡大し、吸入容積を減少させる場合には吸入容積が大きい膨張室を縮小する。これによって、２つの膨張室における吸入容積のアンバランス度を比較的小さく維持し、要求される背圧を低減して膨張機の効率を向上させることができる。
【００４５】
上述の実施の形態１において、以下のような変形を施すことができる。
実施の形態１では、サブ吸入ポートが開くことによって吸入容積が２倍になる位置にサブ吸入ポートが設けられているが、サブ吸入ポートの位置はこれに限らない。
【００４６】
実施の形態１では、サブポート弁の開閉動作すべてにおいて、「吸入容積を増加させる場合には小さいほうを拡大し、吸入容積を減少させる場合には大きいほうを縮小する」という動作を実施しているが、これはすべての開閉動作において実施する必要はない。少なくとも１回の開閉動作について実施すれば、その部分について本願発明の効果を得ることができる。たとえば、吸入容積を増加させる場合には実施の形態１と同様に状態１から状態２を経由して状態３に遷移する制御を行う一方で、吸入容積を減少させる場合には状態３から参考状態を経由して状態１に遷移する制御を行ってもよく、あるいは状態３から同時に双方のサブポート弁を閉じて直接的に状態１に遷移する制御を行ってもよい。
【００４７】
実施の形態１では、各サブポート弁の開閉状態に関わらず、膨張室４０ａと膨張室４０ｂとは互いに異なる吸入容積を有する。変形例として、各サブポート弁の開閉状態によっては、膨張室４０ａと膨張室４０ｂとの吸入容積が等しくなる場合があってもよい。たとえば、すべてのサブポート弁が閉じている場合や、すべてのサブポート弁が開いている場合に吸入容積が異なっていればよい。このような場合であっても、吸入容積が異なっている状態においては本願発明に係る制御を実施することができる。
【００４８】
実施の形態１ではサブ吸入ポートの数は２であるが、サブ吸入ポートの数は１であってもよく、また３以上であってもよい。
サブ吸入ポートが１つである場合、膨張機の制御状態は、図５の状態１および状態２に相当する２つの状態のみとなるか、または、図５の状態２および状態３に相当する２つの状態のみとなる。いずれにしても、実施の形態１において説明した「吸入容積を増加させる場合には小さいほうを拡大し、吸入容積を減少させる場合には大きいほうを縮小する」という制御に該当することになる。また、複数のサブ吸入ポートにそれぞれサブポート弁を設ける代わりに、複数のサブ吸入ポートの一部について、複数のサブ吸入ポートの開閉を１つの弁体で同時に行なうようにしてもよい。
【００４９】
また、サブポート弁をそれぞれの膨張室に複数設けてもよい。これらのサブポート弁の位置および形状はどのように設計されてもよいが、たとえばサブポート弁が１つ開くごとに各膨張室の吸入容積の大小関係が逆転するように配置することができる。このような構成における制御の具体例は次のようになる。すべてのサブポート弁が閉じた状態から、まず第１の膨張室の最初のサブポート弁を開き、次に第２の膨張室の最初のサブポート弁を開き、次に第１の膨張室の２番目のサブポート弁を開き、次に第２の膨張室の２番目のサブポート弁を開き、以下同様に交互にサブポート弁を開いていく。
【００５０】
膨張機１００は、膨張部１０１のみによって構成され、発電部１０２を含まないものであってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
Ｒ  ランキンサイクル、１  ポンプ、２  ボイラー、３  コンデンサ、４  モータ、５  エンジン、６  排気系統、７  動力伝達機構、３０  メイン吸入ポート、３１ａ、３１ｂ  サブ吸入ポート、４０、４０ａ、４０ｂ  膨張室、１００  膨張機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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